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器官列印,不是夢

如果三十年前,美國麻省理工學院的羅伯 藍格 教授 所創造的組織工程技術是器官再生技術的火苗,那麼近十年因專利過期而公開的各種類的3D 列印技術普及就如同是加速組織工程技術革新燃燒的助燃劑
 
 
 
如果三十年前,美國麻省理工學院的羅伯 藍格 教授 所創造的組織工程技術是器官再生技術的火苗,那麼近十年因專利過期而公開的各種類的3D 列印技術普及就如同是加速組織工程技術革新燃燒的助燃劑。筆者簡易整理並簡述目前3D 生物器官印刷這門新興的工藝技術在醫療臨床領域上最新的進展,以現行實際印刷機器或原料製程差異作為簡易分類與實際案例運用說明。

第一類: 非活體器官組織印刷製備 (未含活體細胞之組織)

在歐美等先進國家,已有少數先進醫療器材公司針對在整形外科,骨科或神經外科常見的顱顏或脊椎手術術後骨骼缺陷的部分進行客製化產品的定製(如頭蓋骨,椎間融合器,肢體缺損),此類客製化產品的形態必須根據病人病灶周圍的三維影像掃描重建立體形態後進行製作。如需為金屬製品,需利用粉末冶金與鐳射銲接技術的三維建模製程平台即可完成(目前仍為高單價商品),倘若需結合高強度可吸收材料作為應用,則可利用醫療級生物可分解塑膠顆粒,利用熔融堆積(如同塑膠擠出)的製程方式重新建構。

在過去手工打造這類型的客制化醫材限制需耗時兩三周時間,人力耗損與物力需求相當大,但整合3D列印技術後,這些問題將不復見,伴隨著印刷專利的過期公開,目前這個領域的發展非常迅速,很有可能且有機會顛覆傳統醫材製作的思維,應可先行在臨床上實現使用。但筆者認為這部分的競爭性,在於技術如何串接醫療器材客製化服務流程,其他限制在於部分製程在設備上仍需精進後才有辦法放置在醫院中提供服務,另外在新興醫材法規上的針對此類型產品的修改,美國食品藥物管理局已公佈法規細節預計在2016公佈以利規範,有興趣之讀者可密切注意 。

第二類 活體組織印刷製備(含細胞之活體印刷):

除了上述常見的幾種3D列印的類型之外,筆者觀察這幾年,亦開始有數量極少的廠商提供了”生物組織印表機”以及生物相容性良好的”原料”,再搭配細胞混合後即可以印出電腦重建後的三維組織影像。以提供可印刷組織的服務廠商Organovo (美國,聖地牙哥)為例子,該公司提供了三維肝組織的印刷服務,提供各大藥廠或生物科技公司進行藥物或生物產品開發,其優勢在於利用三維組織對於藥物特性的表現差異,提升過程藥物開發的精確度與大幅降低成本 。另一種廠商提供系統平台供科研單位開發或建立不同類型的服務模式,如RegenHU (瑞士),提供多重材料印刷系統,專注提供研發者一個穩定的開發平台研發三維活體組織的研究,整合多重最新工具機檯科技技術與相容性,簡化操作流程,以產品開發為導向,目前技術已發展至可印刷出含有細胞的血管,皮膚以及分佈較均勻的組織。

以筆者過去開發活體三維組織的經驗與理解,並且針對這類型的機檯實際觀察與試用後,發現目前機器所提供的需求與性能,最終仍舊無法滿足印製器官的需要,離實際進入臨床面有一段距離要走。歸納幾個重點如下:第一,目前這類型的工具機大多是由傳統電子業或一般自動化機檯衍生而成,並未有太多專利可供保護或破壞性的突破技術,以機電整合領域專長著台灣廠商,這類型的機檯並不是太大的門檻。第二,筆者認為這類型技術門檻與市場競爭最終關鍵在於材料上的開發,廣義的材料包括細胞,與生醫材料結合後的模式或比例,以及了解各種組織間材料與細胞的聯結與立體特異性,最終期待可以有效率且仿生的技術印製出器官。第三,器官印製後在臨床上應用的商業模式與法規領域尚未清晰,相關的資訊與細節其實相當非常不透明且稀有。筆者相信這些尚未解決的問題與疑惑將會是未來可能開發的機會,或許越模糊的地方也將會是創新的來源。

其實器官複製,再生,修復等相關的議題在現今的生物醫療科技快速革新的世代中不曾間斷,只是被埋沒在現今科研資訊氾濫的學術社會裏。然而,以組織再生這個技術作為下世代醫療器材革命的科技整合領域中,依舊有非常多生命科學或醫療科技領域的學者與業者,致力于實現這個夢想而所作的努力,筆者有幸在十年前加入並參與這場即將改變50年後人類生活與生命延續的模式建立,透過研究領域與產業界的歷練過程,在產品實作與開發過程中了解了現實與夢想間的差距,目前仍然致力于開發相關技術與商業化。希望可以透過這篇文章闡述,讓有興趣的社會大眾可以簡單地明白這類型的技術發展與未來的機會,勾勒出下世代醫療器材與組織工程融合後的輪廓。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播:健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫III, MOST 104-2515-S-214-001」執行團隊撰稿)。

責任編輯:林永昇
審校: 王英基、黃耿祥




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